ISA总线_百度文库
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&&简单介绍了ISA总线,并举例说明了简单8位ISA卡的设计
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ISA总线： (Industry Standard Architecture:工业标准体系结构）是为PC/AT电脑而制定的，为16位体系结构，只能支持16位的I/O设备，数据传输率大约是16MB/S。也称为AT标准。
ISA总线ISA总线概述
ISA是IndustryStandardArchitecture的缩写ISA插槽是基于ISA总线（IndustrialStandardArchitecture，工业标准结构总线）的扩展插槽，其颜色一般为黑色，比PCI接口插槽要长些，位于主板的最下端。其工作频率为8MHz左右，为16位插槽，最大传输率16MB/sec，可插接显卡，声卡，网卡已及所谓的多功能接口卡等扩展插卡。其缺点是CPU资源占用太高，数据传输带宽太小，是已经被淘汰的插槽接口。
ISA是8/16bit的系统总线，最大传输速率仅为8MB/s，但允许多个CPU共享系统资源。由于兼容性好，它在上个世纪80年代是最广泛采用的系统总线，不过它的弱点也是显而易见的，比如传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等。后来在PC‘98规范中，就开始放弃了ISA总线，而Intel从i810芯片组开始，也不再提供对ISA接口的支持。
2ISA总线时序
ISA总线是IBMPC/AT机(CPU是80286)所用的系统总线.。?PC/AT总线经过标准化之后的名称。IEEE将ISA总线作为IEEEP996推荐标准。?这是一个16位兼8位的总线标准。如果忽略标准化细节?则可认为16位ISA总线就是PC/AT总线。由于IBMPC/AT与IBMPC、IBMPC/XT机(CPU都是8088)所用的Pc总线兼容，?所以可认为8位ISA总线(16位ISA总的低8位部分)就是PC总线。
ISA总线的时序和的时序基本相同?但也有一些区别。有了时序基础?对ISA总线时序的理解主要在于以下几点?
①地址和数据已不再分时复用信号线?因此在整个总线周期内有效。
②和的最大模式一样,存储器读/写和I/O读/写的控制信号已分开,?进行一种操作只需一个控制信号。
③一个典型的存储器读/写周期还是由T1、T2、T3和T4组成,?而I/O读?写周期和DMA周期都自动插入了一个等待时钟周期。
④I/OCHRAY相当于时序中的READY信号。?当总线板卡上
的存储器或I/0电路较慢时,可利用该信号迫使CPU插入等待时钟周期。但等待时钟周期不得超过10个。
⑤8位ISA总线在存储器读/写周期可用到20位地址,?而16位ISA总线在存储器读写周期中可使用24位地址。但由于受I/O指令的限制。?8位和16位ISA总线的I/0读/写周期都只能使用低16位地址。
⑥BALE在CPU总线周期的T1期间有效,它的基本作用是进行地址锁存。?但也可以作为一个新的CPU总线周期已开始的标志。
⑦AEN有效表示DMAC正在控制系统总线?所以它可以作为系统处于DMA总线周期的标志。
3ISA总线接口
执行ISA总线规范的电路称为。ISA总线接口。通过ISA总线接口可以为系统扩充存储器。也可以扩充I/O设备。在实际应用中对后者的需求更大?因为机器主板上一般已经或者可以安装足够的存储器?而I/O设备是各种各样的。系统对I/O设备的需求也不尽相同。正因为如此，ISA总线又被归类于I/O扩展总线。注意?I/O设备是一个广义的概念?可以是像打印机、硬盘那样实实在在的设备。也可以是像A/D转换器、D/A转换器、计数器那样的电路。当
I/O设备是一个电路时。通常和总线接口做在一个总线板卡上习惯称之为某某接口板(如A/D接口板)或某某接口(如D/A接口)。从ISA总线的引脚信号以及总线时序看和最大模式时的系统三总线以及的总线周期时序差别不大，因此在设计ISA总线接口特别是I/O接口时。除了下面三点需要注意外，可以采用与设计
接口几乎相同的方法。这三点是?
1.当设计非DMA方式的I/O接口时,?应把AEN为低作为该接口工作的使能
条件。以确保在总线上进行DMA传送时该接口不工作，否则DMA传送时所发出的
地址与该接口设计地址相同时该接口会误操作。
2.系统对ISA总线上的I/O端口地址采用部分译码方法。只译码A9、AO或
A10、A0。?在选择接口地址时应避开系统已占用的地址以及它们的重叠区。
3如果所要设计的接口中包含需要CPU插入等待时钟的功能?则需设计
一个I/0CHRAY产生电路。以便在必要时使总线上的I/OCHRAY线为低电平。
但该电路与总线上的I/OCHRAY线的电气连接以及有效信号出现和持续时
间等方面有一些要求，实际应用时需再参阅其详细资料。
ISA总线ISA总线引线定义
RESET、BCLK：[1]
复位及总线基本时钟，BLCK=8MHz。
SA19-SA0：及I/O空间20位地址，带锁存。
LA23-LA17：及I/O空间20位地址，不带锁存。
BALE：总线，外部的选通。
AEN：地址允许，表明CPU让出总线，DMA开始。
SMEMR#、SMEMW#：8位ISA读写控制。
ISA总线引线定义：主要信号说明
MEMR#、MEMW#：16位ISA读写控制。
SD15-SD0：，访问8位ISA卡时高8位自动传送到SD7-SD0。
SBHE#：高字节允许，打开SD15-SD8。
MEMCS16#、IOCS16#：ISA卡发出此信号确认可以进行16位传送。
I/OCHRDY：ISA卡准备好，可控制插入等待周期。
NOWS#：不需等待状态，快速ISA发出不同插入等待。
I/OCHCK#：ISA卡奇偶校验错。
IRQ15、IRQ14、IRQ12-IRQ9、IRQ7-IRQ3：中断请求。
DRQ7-DRQ5 、DRQ3-DRQ0： ISA卡DMA请求。
DACK7#-DACK5#、DACK3#-DACK0#：DMA请求响应。
MASTER#：ISA主模块确立信号，ISA发出此信号，与内DMAC配合使ISA卡成为主模块，全部。
ISA总线ISA总线信号
从图中的信号可以看出，ISA的信号与PC机(PC/XT、PC/AT)所使用的外围芯片以及CPU类型有着十分密切的关系。如8位ISA的地址与数据线本身就是8088的地址与数据线宽度，16位ISA的24位地址与16位数据与80286一致。8位ISA的IRQ与DRQ是1片37的信号，16位ISA的IRQ与DRQ则是2片37级连等。可以说ISA总线是IntelCPU及外围芯片信号的延伸。
总线信号：
(1)总线基本信号。总线基本信号指的是用于总线工作的最基本的信号，通常有复位、时钟、电源、地线等。
(2)总线访问信号。总线访问信号指的是用于访问数据的地址、数据线以及相应的应答信号。
(3)总线控制信号。ISA总线控制主要有中断和DMA请求两种方式。中断方式时由ISA卡发出中断请求而取得软件的控制权；DMA请求方式则在DMA控制器响应请求后，由DMA控制器代为管理总线的控制，或者与MASTER信号配合取得ISA总线的真正控制权。
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PC总线有哪几种?XT总线、ISA总线、EISA总线、PCI总线这四种总线各有何特点?
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Quantum和Intel推出了Ultra ATA(Ultra DMA)标准。 　　Ultra ATA的第一个标准是Ultra DMA33(简称UDMA33)。 　　一、ISA/EISA/MCA&#47,目前在微机中使用最广泛的接口是，是目前应用最广泛的总线结构，需要时具体由一个桥接电路，实现对这一层的智能设备取得总线控制权。为了支持大容量硬盘，使得3D图形数据越过PCI总线，以保证在高速数据传输中降低相邻信号线间的干扰。 　　目前，有Intel 810，并联合IBM、Compaq。VESA(Video Electronics Standards Association)，向下兼容ISA。采用SCSI标准的这些外设本身必须配有相应的外设控制器，Intel公司开发了AGP(Accelerated Graphics Port)标准，主要目的就是要大幅提高高档PC机的图形尤其 D图形的处理能力。 　　一、 IDE&#47,现在的微机系统中已不再使用适配卡，而把适配电路集成到系统主板上。SCSI接口早期只在小型机上使用,近年来也在PC机中广泛采用。 最新的Ultra3 SCSI的Ultra160/VESA总线 　　ISA(Industry Standard Architecture)是IBM公司为286/AT电脑制定的总线工业标准,也称为AT标准。ISA总线的影响力非常大。Ultra DMA66进一步提高了数据传输率，突发数据传输率理论上可达66,更是一条总线。相信随着技术的进一步发展， SCSI也会像EIDE一样广泛应用在微机系统和外设中。 　　四、USB接口 　　USB(Universal Serial Bus)接口(外观如图3)的提出是基于采用通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC机连接外设的范围的目的。目前PC中似乎每个设备都有它自己的一套连接设备。外设接口的规格不一、有限的接口数量，已无法满足众多外设连接的迫切需要。解决这一问题的关键是，提供设备的共享接口来解决个人计算机与周边设备 的通用连接。 　　USB技术应用是计算机外设连接技术的重大变革。现在USB接口标准属于中低速的界面传输，面向家庭与小型办公领域的中低速设备。比如键盘、鼠标、游戏杆、显示器、数字音箱、数字相机以及Modem等，目的是在统一的USB接口上实现中低速外设的通用连接。PC主机上只需要一个USB端口，其他的连接可以通过USB接口和USB集线器在桌面上完成。USB系统由USB主机（HOST）、集线器（HUB）、连接电缆、USB外设组成。下一代的USB接口，数据传输率将提高到120Mbps～240Mbps，并支持宽带宽数字摄像设备及新型扫描仪、打印机及存储设备。 　　五、IEEE 1394接口 　　IEEE 1394是一种串行接口标准，这种接口标准允许把电脑、电脑外部设备、各种家电非常简单地连接在一起。从IEEE 1394可以连接多种不同外设的功能特点来看，也可以称为总线，即一种连接外部设备的机外总线。IEEE 1394的原型是运行在Apple Mac电脑上的Fire Wire(火线)，由IEEE采用并且重新进行了规范。它定义了数据的传输协定及连接系统，可用较低的成本达到较高的性能，以增强电脑与外设如硬盘、打印机、扫描仪，与消费性电子产品如数码相机、DVD播放机、视频电话等的连接能力。由于要求相应的外部设备也具有IEEE 1394接口功能才能连接到1394总线上，所以，直到1995年第3季度Sony推出的数码摄像机加上了IEEE 1394接口后，IEEE 1394才真正引起了广泛的注意。 　　六、Device Bay 　　Device Bay是由Microsoft、Intel和Compaq公司共同开发的标准，这一技术可让所有设备协同运作，包括CD－ROM、DVD－ROM、磁带、硬盘驱动器以及各种符合IEEE 1394的设备。 　　由于Device Bay技术能够处理类型广泛的设备，所以它可创建一种新PC：主板将仅包括CPU，所有驱动器和设备都在外部与计算机相连，并包括所有数字家电，例如电视和电话。 　　尽管Device Bay的规范已于1997年制定完毕，但由于这一技术研发经费开销过高，因此很可能会搁浅。迄今Microsoft还没有准备在未来的操作系统中，支持DeviceBay的具体计划。;s、HP、AST等组成)专为32位CPU设计的总线扩展工业标准。 　　二、PCI总线 　　90年代后，随着图形处理技术和多媒体技术的广泛应用，在以Windows为代表的图形用户接口(GUI)进入PC机之后，要求PC具有高速的图形及 I&#47，直到现在仍存在大量ISA设备，最新的主板也还为它保留了一席之地，这对总线的速度提出了挑战。原有的ISA。MCA (Micro Channel Architecture)是IBM公司专为PS/2系统开发的微通道总线结构。由于要求使用许可证，违背了PC发展开放的潮流.6MB&#47，EIDE 支持三种硬盘工作模式;EIDE接口 　　IDE的原文是Integrated Device Es以上）等几方面的特点，也有人把它称为ATA－3。符合该标准的主板和硬盘早在1997年便已经投放市场，目前几乎所有的主板及硬盘都支持该标准，因此还未有效推广即告失败。 　　EISA(Extended Industry Standard Architecture)，便于“生产”与之兼容的外部设备和软件。不同类型的外设需要不同的接口，不同的接口是不通用的。以前在机器上存在过的ST506和ESDI等接口标准都已经淘汰。 PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。 　　Ultra ATA的第二个标准是Ultra DMA66（或者Ultra ATA－66）是由Quantum和Intel在1998年2月份提出的最新标准.3MB&#47、Ultra DMA33和Ultra DMA66接口 　　在ATA－2标准推出之后，SFFC又推出了ATA－3标准。ATA－3标准的主要特点是提高了ATA－2的安全性和可靠性。ATA－3本身并没有定义更高的传输模式。此外。标准接口的类型 　　在微机系统中采用标准接口技术，其目的是为了便于模块结构设计，增加了40条地线)、USB和IEEE 1394五种，是EISA集团(由Compaq，当年在高档台式机上得到一定应用，进一步把数据传输率提高到160MB&#47。SCSI也是系统级接口(外观如图2),可与各种采用SCSI接口标准的外部设备相连,如硬盘驱动器，是VESA组织(由IBM、Compaq等发起，有120多家公司参加)按Local Bus(局部总线)标准设计的一种开放性总线，但成本较高，只是适用于486的一种过渡标准，目前已经淘汰PC机的系统总线又可分为ISA、EISA，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线、EISA总线已远远不能适应要求。PCI及 AGP插槽外观见图1，已成为局部总线的新标准。 　　增强型IDE (Enhanced IDE)是Western Digital为取代IDE而开发的接口标准。在采用EIDE接口的微机系统中,EIDE接口已直接集成在主板上,因此不必再购买单独的适配卡。与IDE 相比,EIDE具有支持大容量硬盘、可连接四台EIDE设备、有更高数据传输速率（13、扫描仪：IDE;m接口标准，成为整个系统的主要瓶颈,即集成设备电子部件。它是由Compaq开发并由Western Digital公司生产的控制器接口。IDE采用了40线的单组电缆连接，该标准将集成ATA－3和ATAPI并且支持更高的传输模式。在 ATA－4标准没有正式推出之前，作为一个过渡性的标准。由于把控制器集成到驱动器之中,适配卡已变得十分简单,并留有专门的IDE连接器插口。IDE由于具有多种优点,且成本低廉,在个人微机系统中得到了广泛的应用、光驱、打印机和磁带驱动器等，以加速数据传输管理、VIA Apollo Pro等芯片组提供了对Ultra DMA66硬盘的支持。部分主板也提供了支持Ultra DMA66硬盘的接口、SCSI接口 　　SCSI的原文是Small Computer System Interface,即小型计算机系统接口，ATA标准本身只支持硬盘，为此SFFC将推出ATA－4标准。严格说来，AGP不能称为总线，因为它是点对点连接，即连接控制芯片和AGP显示卡。并且采用了新型的CRC循环冗余校验，直接送入显示子系统。而新出的大部分硬盘都支持Ultra DMA－66接口。 　　三、AST。SCSI对PC来说应是一种很好的配置,它不仅是一个接口。1991年下半年，Intel 公司首先提出了PCI(Peripheral Component Interconnect)的概念、VESA、PCI、AGP等多种标准、HP、等100多家公司成立了PCI集团;s,可以得到更多厂商的广泛支持。为了让PC的3D应用能力能同图形工作站相比。这样就能突破由于PCI总线形成的系统瓶颈，从而达到高性能3D图形的描绘功能：NORMAL、LBA和LARGE模式。 　　二。昆腾也在1998年11月推出了第一个支持Ultra160/m接口标准的硬盘Atlas10K和Atlas四代;O运算处理能力。AGP在主内存与显示卡之间提供了一条直接的通道，进一步提高了数据传输的可靠性，改用80针的排线(保留了与现有的电脑兼容的40针排线，从结构上看。PCI是一种先进的局部总线、EIDE、SCSI。 　　三、AGP总线 　　　虽然现在PC机的图形处理能力越来越强，但要完成细致的大型3D图形描绘，PCI总线结构的性能仍然有限、MCA
采纳率：55%
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常见系统总线简介
在微机系统中，曾经应用过和正在应用的总线标准有XT总线、ISA总线、EISA总线、PCI总线以及PCI-E总线等。下面简单介绍一下使用广泛的 三种典型系统总线：、和。
&&& ISA（Industry Standard Architecture）是工业标准体系结构总线的简称，最早由美国IBM公司推出，主要用于IBM-PC/XT、AT及其兼容机上 ，后来被IEEE采纳作为微机总线标准。
&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图中近处的黑色插槽即为16位ISA总线插槽
&&& 8位ISA总线插槽由62个引脚组成，用于8位的I/O接口插卡。16位ISA总线插槽除了具有一个与8位ISA总线相同的62脚插槽外，还有一个附加的36脚插槽，它既可支持8位插卡，也可支持16位插卡。
&&& ISA总线的主要性能指标如下：
&&&&l&I/O地址空间范围为0100H-03FFH
&&&&l&24位地址线，可直接寻址的内存容量为16MB
&&&&l&总线宽度8位或16位，最高时钟频率8MHz，最大稳态传输率 分别为8MB/s和16MB/s
&&&&l&支持15级中断，并允许中断共享功能
&&&&l&8个DMA通道
&&&&l&开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源
&&& ISA总线的缺点是数据传输速度低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等，目前在微机系统中已逐渐被淘汰，很多新的主板已不再支持ISA总线，但在工控领域仍有广泛应用。ISA总线的信号引脚图如下。
&&& 从图中的信号可以看出，ISA总线的信号与PC机(PC/XT、PC/AT)所使用的外围芯片以及CPU类型有着十分密切的关系。如8位ISA总线的地址与数据线本身就是8088的地址与数据线宽度，16位ISA的24位地址与16位数据与80286一致。8位ISA的IRQ与DRQ是1片37的信号，16位ISA的IRQ与DRQ则是2片37级连等。可以说ISA总线是Intel CPU及外围芯片信号的延伸。&
&&& 上图中三种总线信号（分别用黑色、蓝色和红色标出）的含义如下：
&&& (1)总线基本信号指的是用于总线工作的最基本的信号，通常有复位、时钟、电源、地线等。
&&& (2)总线访问信号指的是用于访问数据的地址、数据线以及相应的应答信号。
&&& (3)ISA总线控制主要有中断和DMA请求两类控制。中断方式时由ISA卡发出中断请求而取得软件的控制权；DMA请求方式则在DMA控制器响应请求后，由DMA控制器代为管理总线的控制，或者与MASTER信号配合取得ISA总线的真正控制权。
&&& PCI（Peripheral Component Interconnect）是外设互连总线的简称，是为了满足现代微机中的外部设备与主机之间的高速数据传输的需求而由美国Intel公司开发的总线标准。其适应性强、速度快 ，在Pentium以上的微型计算机被广泛采用。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图中白色的插槽即为32位PCI总线插槽
&&& PCI总线不依附于某个具体处理器 ，它即可应用于Intel处理器系统中，也能应用于其他公司的处理器系统中。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的另一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。 桥接电路提供了信号缓冲，使之能支持多种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。
&&& PCI总线的主要特点如下：
&&&&l&高速、低延迟。PCI总线宽度 为32/64位，总线时钟频率33MHz/66MHz，最大数据传输速率528MB/s；
&&&&l&同步传输方式；
&&&&l&独立于处理器，与处理器频率无关 ，与处理器更新换代无关；
&&&&l&自动识别外设，全自动配置与资源申请／分配（即插即用）；
&&&&l&具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力；
&&&&l&具有隐含的集中式中央仲裁系统 ；
&&&&l&采用地址线和数据线复用技术，减少了引线数量；
&&&&l&支持一次读／写多个数据的Burst传输方式；
&&&&l&完全的多总线主控能力；
&&&&l&提供地址和数据的奇偶校验，使系统更可靠。&
&&& PCI总线的体系结构如下图所示。
&&& 从图中可以看到，CPU总线和PCI总线由桥接电路（PCI总线控制器）相连。芯片中除了含有桥接电路外，还有Cache控制器和DRAM控制器等其它控制电路。PCI总线上可挂接高速设备接口，如显示卡、IDE设备或SCSI设备、网络接口卡等。PCI总线和ISA/EISA总线之间也通过桥接电路相连，ISA/EISA上挂接传统的慢速设备，继承原有的资源。PCI总线把ISA/EISA总线作为一种外部设备与之进行数据交换。此外，PCI总线还支持其它一些连接方式，如双PCI总线方式、PCI
to PCI方式等。
&&& PCI Express，简称PCIe或PCI-E，是近年来出现在微机系统中的一种用来代替PCI、AGP接口规范的新型系统总线 标准。与传统PCI或AGP总线的共享并行传输结构相比，PCI-E采用设备间的点对点串行连接。这样就能够允许每个设备建立自己独占的专用数据通道，不需要与其他设备争用带宽，从而极大地加快了设备之间的数据传送速度。串行连接和设备间专用传输通道的特点使PCI-E的数据传输速度可以轻松地达到16GB/s。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 主板上的PCI-E总线插槽
&&& PCI-E采用多通道传输机制，各通道之间各自独立，多个通道组成一条总线系统。根据通道数的不同，分为PCI-E 1X、2X、4X、8X、16X甚至32X。通道数的多少与PCI-E插槽尺寸也有关，1X最短，32X最长。同时PCI-E还能够向下兼容，例如PCI-E 4X的插卡可以插到PCI-E 8X或16X总线上。
&&& PCI-E的特点如下：
&&&&l&PCI-E总线的连线很少，所以使得主板布线难度大大降低（其引线数目比现在的PCI总线减少大约75％），但是却具有比PCI高的多的带宽和传输速度，另外在配置的灵活性方面PCI-E也优于PCI。它可以根据所连接的硬件设备的不同而使用不同的 传输速率。
&&&&l&多种连接方式，这一点与PCI总线差别很大，PCI-E可以像USB或者1394一样，通过接口同符合PCI-E标准的外部设备进行连接和通信。
&&&&l&点对点连接。PCI是“总线共享式”连接（共享总线带宽），一旦PCI总线有瓶颈现象发生，将会影响所有连接其上的PCI设备。而PCI-E总线采用了点对点技术，这样每个PCI-E设备都独立地使用自己专用的连接，而不是“共享式”地使用总线。
&&&&l&PCI-E具有高级电源管理和监视功能，所有的PCI-E设备都支持热插拔。
&&&&l&内存纠错成为标准功能。
&&&&l&支持热拔插以及热交换特性。
&&&&l&最大提供功率达到了70W，比AGP接口有了很大的提高，基本满足了主流显卡的需求。
&&& PCI-E总线的带宽计算方法与一般总线也不相同：
&&&&&&& PCI-E每个通道的带宽 = 总线时钟频率(Hz)×总线位宽(bit/8)×编码方式×每时钟传输的数据组数
&&& 因为PCI-E的总线频率为2.5GHz，总线位宽为1bit，编码方式为8b/10b，每时钟传输2组数据，所以每个通道的带宽为：
&&&&&&& 2.5*109×1/8×8/10×2 = 500MB/s
&&& 由此，可以得出拥有不同通道数的PCI-E总线的带宽：PCI-E 1X的带宽为500MB/s、2X的带宽为1GB/s、4X的带宽为2GB/s、8X的带宽为4GB/s、16X的带宽为8GB/s、32X的带宽为16GB/s。
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